CN1461067A - 镁电池阳极板材 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种镁电池阳极材料，其特征在于镁电池阳极材料是连续铸造或连续铸轧的镁合金板材，板材的金相组织为由表面层向内生长的柱状晶，组织致密。镁电池阳极板材是以镁为基体并添加多种元素的合金。本发明的镁电池阳极板材适用于镁锰叠层电池组、圆柱形镁锰干电池、镁空气电池、镁海水电池。使用本发明的镁电池阳极板材生产的镁电池性能指标明显超过现有镁电池的技术标准。

Description

镁电池阳极板材

技术领域：

本发明属于化学电源构成材料，尤其属于镁电池阳极材料。

技术背景

镁电池，例如镁锰叠层电池组的特点是高电压、高功率、高容量、耐储存、低温放电性能优异、环保(无汞无镉无铅)。此外，这种电池原材料资源丰富、生产工艺简单，生产成本低。实现了通信、电器、军事等需要性能更加先进的叠层电池组的要求，镁锰叠层电池组已在一些国家的军队得到了应用。但镁锰叠层电池组没有得到商业化推广，造成这种局面的原因除技术方面的因素外，镁合金价格昂贵，缺乏降低成本的有效方法，这对价格有严格要求的商业应用受到阻碍。目前金属镁的冶炼方法有很大的进步，通过电解法和热还原法能从海水、盐湖、光卤石、白云石或菱镁矿等许多资源制取金属镁。大规模生产技术的发展，使得镁工业的资源利用率提高，综合生产成本降低，为镁合金的应用提供了条件，也为镁电池的开发、生产和应用创造了条件。

从军用镁电池标准(GJB885-90，GJB319A-97)可以发现，现有的镁锰叠层电池组的比能量不高。按较好的电池的比能量的衡量标准，实际比能量可达到理论值的1/3-1/5，镁锰电池的理论比能量为726瓦时/公斤，而实际上现有的镁锰叠层电池组大电流放电时只有约54瓦时/公斤，只达到理论值的1/13.5，显然没有达到应有的水平。从理论上分析其中的原因有许多，包括镁合金阳极的加工工艺有待改进、阳极镁合金组织不利于电流效率的提高、双极性导电膜功能有缺陷，因电池内阻大，工作时的温度升高造成电池电解液挥发损失等。

镁合金属密排六方晶体结构，在室温下只有一个滑移面，因此镁合金的塑性加工性能比铝合金差。镁锰叠层电池组阳极板材现在使用挤压或轧制的镁合金薄板，不论是挤压或轧制，生产工序都很复杂，造成生产成本高，尤其是对于镁锰叠层电池要用的1毫米以下厚度的阳极镁合金板，生产困难更大，成本更高。挤压或轧制阳极镁合金的金相组织对电池抗腐蚀十分不利，尤其是薄的阳极镁合金板，一是产品缺陷多；二是晶粒、晶界、杂质、过剩相和缺陷沿表面被大幅度地拉长；三是挤压或轧制镁合金板的工艺本身会导致薄板中有残余应力，所以用挤压或轧制镁合金板的组织不适用于镁锰叠层电池阳极板材的要求，两者都容易发生应力腐蚀和剥层腐蚀，这种腐蚀造成阳极材料层状剥落，因而降低了镁的利用率，以至影响电池的性能。

本发明目的在于提供价格低廉、性能优异、容易实现大量生产的镁电池阳极板材，尤其是圆柱形镁锰干电池阳极板材、镁锰叠层电池组阳极板材、镁空气电池阳极板材、镁海水电池阳极板材，使其具有更低的生产成本、更高的性能指标。

发明内容

采用快速凝固的铸造技术比较好地实现电化学阳极反应过程对阳极镁合金材料组织的要求，其中以连续铸造或连续铸轧制成的薄板最适于镁电池用阳极镁合金板材，连续铸造或连续铸轧则可以经济地生产从0.5～25毫米厚的阳极镁合金板材，尤其是镁锰叠层电池组需要的1毫米以下厚度的阳极镁合金板材，而且其组织特点是从表面层向内生长的柱状晶，在理论上电化学阳极反应过程对材料金相组织的要求是晶粒的长轴与腐蚀面垂直的柱状晶，这样形成层状剥离腐蚀的机会就少。由此可见，连续铸造或连续铸轧镁合金板材的组织特点非常适用于电化学阳极反应过程对材料金相组织的要求。

具体实施方式

实施例一

本发明的镁电池阳极板材是采用连续铸造或连续铸轧技术从液态的阳极镁合金材料一次铸造或铸轧成型的镁电池阳极板材，阳极镁合金板材的厚度根据电池的型号选取。

镁电池阳极板材成分是以镁为基体，并含有5-8％的铝，0.5-2.5％的锌，0.1-0.5％的锰，0.1-1％的微量添加元素(微量添加元素可以是碱金属如锂，碱土金属如钙和钡，稀土金属如斓和铈等)。最佳成分为：6％的铝，1.5％的锌，0.35％的锰，0.25％的碱土金属，其余为镁。

采用与锌锰叠层电池相同的结构形式，使用镁电池阳极板材作为镁锰叠层电池组的阳极板。

本实施例未述部分与现有技术相同。

实施例二

本发明镁电池阳极板材可以作为镁海水电池的镁合金阳极板材。

本实施例未述部分与实施例一相同。

实施例三

本发明镁电池阳极板材可以作为镁空气电池的镁合金阳极板材。

本实施例未述部分与实施例一相同。

实施例四

本发明镁电池阳极板材可以作为圆柱形镁干电池阳极板材。

本实施例未述部分与实施例一相同。

本发明进行了组装镁锰叠层电池组的实验，各项性能良好，指标明显高于同型号的普通锌锰叠层电池组和镁锰叠层电池组的军用标准，并有更好的低温放电性能及耐高温储存性能。实验结果表明，本发明镁电池阳极板材具有制造方法简单，价格低廉，综合性能优良，无环境污染问题，使用时和同型号锌锰叠层电池组兼容，可以互换。

Claims (6)

1.镁电池阳极板材，其特征在于阳极板材是连续铸造或连续铸轧的镁合金板材。

2.根据权利要求1所述的镁电池阳极板材，其特征在于镁合金的成分是以镁为基体，并含有5-8％的铝，0.5-2.5％的锌，0.1-0.5％的锰，0.1-1.0％的多元微量添加剂。

3.根据权利要求1和2所述的镁电池阳极板材，其特征在于适用镁锰叠层电池组。

4.根据权利要求1和2所述的镁电池阳极板材，其特征在于适用圆柱形镁干电池阳极板材。

5.根据权利要求1和2所述的镁电池阳极板材，其特征在于适用镁空气电池阳极板材。

6.根据权利要求1和2所述的镁电池阳极板材，其特征在于适用镁海水电池阳极板材。